В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться самые разнообразные газообразные, жидкие и твердые вещества. С точки зрения технической и экономической целесообразности их применения теплоносители должны обладать следующими качествами:
1) иметь достаточно большую теплоту парообразования и теплоемкость, соответствующую плотность, малую вязкость (при таких характеристиках теплоносителей обеспечивается достаточная интенсивность теплообмена и уменьшаются их массовые и объемные количества, необходимые для заданного тепловой нагрузки теплообменного аппарата);
2) иметь необходимую термостойкость и не делать неблагоприятного воздействия на материалы аппаратуры (теплоносители должны быть химически стойкими и неагрессивными даже при достаточно длительном воздействии высоких температур);
3) быть недорогими и достаточно доступными.
При выборе теплоносителей необходимо в каждом отдельном случае детально учитывать их термодинамические и физико-химические свойства, а также технико-экономические показатели.
Вследствие ряда своих преимуществ в качестве теплоносителя наибольшее распространение получила водяной пар. Она имеет:
- Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации, что позволяет получать относительно небольшие поверхности теплообмена;
- Большую перемену энтальпии при конденсации водяного пара, что позволяет тратить ее малое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты
- Постоянную температуру конденсации при заданном давлении, что позволяет довольно просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.
Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения.
Горячая вода получила большое распространение в качестве теплоносителя, греющего особенно в отопительных вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах, производственных технологических агрегатах (например, в печах) или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных.
Дымовые и топочные газы в качестве среды, греющего применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не меняются при загрязнении сажей и золой. Если по условиям эксплуатации загрязнение материала, нагреваемого недопустимо, дымовые газы направляются в рекуперативных теплообменников, где отдают свое тепло воздуху, а остальное уже нагревает материал.
Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до очень высоких температур, необходимыми иногда по технологическим условиям производства. Но это достоинство не всегда может быть использовано, так как вследствие трудностей регулирования становится возможным перегрев материала и ухудшению его качества, с другой стороны, по условиям техники безопасности не всегда можно использовать огневой обогрев. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловых потерь. Газы оставляют топку с температурой выше 1000 ° С, доходят до потребителя с температурой не выше 700 ° С, так как осуществить удовлетворительную теплоизоляцию при таком высоком уровне температур довольно трудно.
В теплообменных аппаратах движение теплоносителей осуществляется за 3 основным схемам:
- Прямоток - направления движения горячего и холодного теплоносителей совпадают;
- Противоток - направления движения теплоносителей противоположные;
- Поперечный движение - направление потока горячего теплоносителя перпендикулярно движению холодного.